Demônio de Maxwell e as forças hemodinâmicas: da função

vascular e endotelial à diferenciação celular

Vinícius Bassaneze

Organização e Fluxo da Informação Genética em Sistemas Complexos

Universidade de São Paulo - BTC5734

VETORESFORÇA

“O UNIVERSO É INCOLOR, INSÍPIDO, INODORO E

SILENCIOSO”Mario Bunge, Semioticista

Dinamômetro

Pressão

Equilíbrio / gravidade

Mecanosensores em sistemas biológicos complexos?

• TATO!– Pressão – Textura– Movimento e propriocepção

Estrutura Percepção

Corpúsculos de Pacini pressão

Discos de Merkel toques leves

Corpúsculos de Meissner mudanças na textura

Órgão Piloso terminal movimento de objetos sobre a superfície do

corpo

Orgãos tendinosos de Golgi

propriocepçãoPaciniPaciniCorpúsculos de Corpúsculos de Pacini Pacini

Mecanosensores em sistemas biológicos complexos?

• AUDIÇÃO!

Mecanosensores em sistemas biológicos complexos?

Because, according to Newton’s laws, physicalforce drives all movements, feedback mechanisms inwhich forces guide cell behavior would be an attractivemechanism to enhance the robustness of these processes.

Definição de STRESS mecânico• Stress é, por convenção,

definido como uma força que age em uma determinada área

• Equivale à pressão• Apresenta diversos

nomes de unidades de representação

Unidades Equivalente em MPa

Megapascal (MPa) 1.000

Pascal (Pa) 1,000,000.000

N/m2 1,000,000.000

kg/cm2 10.197

dina/cm2 100,000,000.000

Bar (b) 10.000

Kilobar (kb) 0.010

Pounds per square inch (psi) 145.030

Atmosferas (atm) 9.869

Dina é a força necessária para impor a aceleração de um 1cm/s2 a um corpo de 1g de massa (g×cm/s2 )

http

://w

ww

.geo

logy

.sds

u.ed

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sual

stru

ctur

e/vs

s/ht

m_h

lp/

stre

s_d.

htm

Resumidamente – corpos sólidos• Componentes

– “Shear Stress“(paralelo)

– “Normal Stress” (perpendicular)

• Compressional– esmagamento

• Tensional– Estiramento

(“stretch”)

http

://e

arth

quak

e.us

gs.g

ov/im

age_

glos

sary

/st

ress

.htm

l

“Shear Stress”

• Força de cisalhamento• O gradiente de velocidade próximo à

parede do vaso determina o seu “shear stress” (w)

• Essa força tende a dispor o endotélio e as camadas internas das artérias na direção do fluxo sangüíneo

Dav

ies

PF

, P

olac

ek D

C &

col

s. A

rch

Pat

hol L

ab M

ed.

1992

.

3

4

r

Qw

Onde w é o shear stress (dynes/cm2)

é a viscosidade em uma determinada termperatura

Q é o volume do fluxo (dynes/cm3)

r é o raio (cm)

0 é a viscosidade a 0ºC

T é a temperatura determinada

A e B são constantes do específicas do material

)1(0 BTAT

Efeitos na células endoteliais - morfologia

Mal

ek,

A.M

. &

Izu

mo,

S.

(199

6)

Efeitos na célula endotelial - vasodilatadores O stress mecânico estimula a síntese de óxido nítrico (NO)

no endotélio, que age na muscular lisa Há hiperpolarização da célula muscular lisa pelo

acoplamento entre as células

“Tensile Stress”• Força de Estiramento• Pressão no interior do vaso

exerce uma força distensiva na sua parede

• Se espessura é pequena se comparada com o raio,– Aplicar a Lei de Laplace– Tem-se T = Pr, onde

• T é a tensão• P é a pressão• r é o raio

• Tensile Stress é a tensão por unidade de área de uma transecção da parede e considera a sua espessura– S = Pr/d

• d é a espessura do vaso

Dav

ies

PF

, P

olac

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C &

col

s. A

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Pat

hol L

ab M

ed.

1992

.

E no coração?

• O stress mecânico em cardiomócitos é o mais importante estímulo para cardiomiopatias hipertróficas

• É significantemente inibido por inibidores de receptores de angiotensina II (receptor AT1)

• O stress mecânico ativa o receptor na AUSÊNCIA do agonista (AngII)

Coração normal Coração hipertrófico

Receptor AT1

Um novo demônio de Maxwell (Szilard)

AT1

Proteína G

Alpha Proteína G

!...GTP

Alpha

Alpha

GDP

Betagama

AT1

•Fosforilação da JAK2•Ativação Beta Arrestina•Transativação de outros receptores

P

Um novo demônio de Maxwell (Szilard)

P

Fosforilação!

Nat

Cel

l Bio

l. 20

04 J

un;6

(6):

499

-50

6.

Com candersartan

ReceptorAT1

TM7

Substituted cysteine accessibility mapping, SCAM

O organismo como Metáfora ?

+ =

Princípio da economia informacional

As paisagens de

adaptação no

espaço de oportunidade

s

Loewenstein/Wright/Kauffman/ Lloyd.....

The labirinth sport, a mass game of chance and endurance, played by the following rules: participants

trot at fixed speed and rely on chance in their choice of forks. The track of the lucky winner, the shortest route

between start and finish, is shown as a thick line

COMBINATORIAL TOPOLOGY & COMBINATORIALOPTIMIZATION

Um hiper-espaço de operações computacionais

Iten

and

Bry

ant (

1973

)W.R

oux'

Arc

h. 1

73, 2

63-2

82

Regeneração Salamandra

Ambystoma mexicanum

Iten

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1973

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Regeneração Salamandra

Tudo (!) em aprox. 40 dias

• Formação de tecido cicatricial (epiderme)

• Migração/desdiferenciação de células formação do “blastema”

• Formação de capilares e vasos sanguíneos

• Estimulação/diferenciação do sistema nervoso

• Diferenciação e geração dos novos tecidos (músculos/ossos)

Ano

op

Ku

ma

r, e

t a

l, S

cie

nce

31

8, 7

72

(2

00

7)

Regeneração Salamandra

Desafios atuais

• Células-tronco pluripotente induzidas (iPS)

20

07

Ju

l 19

;44

8(7

15

1):

31

3-7

Mesma morfologiaGeração de teratomas

Geração de quimeras